计算机系统结构 chapter1-2 计算机系统结构、组成与实现.pptVIP

计算机系统结构 * §1-2 计算机系统结构、组成与实现 三者的定义和内涵 三者的相互关系 * Art and Architecture 两者有何不同？ * 计算机系统结构的定义System Architecture 是对计算机系统中各机器级之间界面的划分和定义，以及对各级界面上、下的功能进行分配。 1964年，IBM/360系列机的总设计工程师G.M.Amdahl、G.A.Blaauw、F.P.Brooks等人提出。也称体系结构。 是从程序员的角度所看到的系统的属性，是概念上的结构和功能上的行为 它不同于数据流程和控制的组织，不同于逻辑设计以及物理实现方法。 * 定义的理解 从两个角度理解： 从应用程序设计者------外特性 从计算机系统设计者---内特性 计算机系统结构作为一门学科，主要研究软件、硬件功能的分配和对软件、硬件界面的确定。 * 计算机系统结构的外特性 是计算机系统的概念性结构和功能特性 一般应包括以下几个方面 指令系统、数据表示、操作数的寻址方式 寄存器的构成定义、中断机构和例外条件 存储体系和管理、I/O结构 机器工作状态定义和切换、信息保护 在所有系统结构的特性中，指令系统的外特性是最关键的 * 计算机系统结构的内特性 计算机系统的设计人员看到的基本属性，是外特性的逻辑实现。 包含内容： 数据通路宽度、专用部件设计、各种OS共享程度 功能部件并行度、控制机构组成方式、排队与缓冲技术 预估与预判技术、可靠性技术等。 内特性研究目标：内特性主要是如何合理地实现分配给硬件的功能。 * 学习的重要性 2000年IEE-CS教学计划和数据结构一起作为主干课。 有助于理解不同时期出现的新概念和新技术 如：Cache、相联、CISC、RISC、Cluster、SMP、MPP、网格计算、多核技术、云计算、物联网等。 与之有关的课程： 计算机组成、操作系统、编译原理、汇编语言、高级语言、计算机网络、微机原理与接口、嵌入式系统等 * 计算机系统的课程体系 计算机系统结构 Computer Architecture 计算机组成 Computer Organization 计算机实现 Computer Implementation 程序员所看的计算机 系统的属性 计算机系统的逻辑实现 计算机系统的物理实现 * 计算机组成Computer Organization 研究硬件系统各组成部分的内部构造和相互联系，以实现机器指令级的各种功能和特性。 目标是以最合理地方式将各种设备和部件连接为计算机，以达到最优的性价比，从而实现所确定的系统结构。 是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 * 计算机组成设计的几个方面 数据通路宽度 各种操作功能部件的共享程度 专用部件的设置 功能部件的并行性 缓冲和排队技术 控制机构的组成方式 预测技术 可靠性技术 * 计算机实现 Computer Implementation 计算机组成的物理实现 研究各部件的物理结构、机器的制造技术和工艺等。它着眼于器件技术和微组装技术。 主存的物理实现，如存储器采用什么样器件，逻辑电路设计和微组装技术均属计算机实现 * 举例1 指令系统 指令系统的确定----系统结构 指令的实现----------组成 具体电路、器件设计及装配技术---实现 乘法指令 是否设乘法指令---系统结构 用高速乘法器还是加法器移位器实现---组成 器件的类型、数量及组装技术的确定---实现 * 举例2 主存系统 主存容量与编址方式的确定----系统结构 主存速度的确定、逻辑结构的模式---组成 器件的选定、电路的设计、组装技术---实现 什么样的系列机属系统结构，系列内的不同型号计算机的组织属组成 * 透明性 本来存在的事务或属性，从某个角度上看不到。反之，不透明。 在一个计算机系统中，低层机器的属性往往对高层机器的程序员是透明的 计算机组成设计的内容，对传统机器程序员来讲一般是透明的。 * 举例1 在多级层次结构的计算机系统中，传统机器级的概念性结构和功能特性， 对高级语言的程序员来说是透明的， 而对汇编语言的程序员来说不是透明的。 这说明高级语言的程序员不必知道机器的指令系统、中断机构等，这些本来存在的属性，对高级语言的程序员来说好象不存在一样，所以说是透明的。 对计算机系统结构来说，存储器采用交叉存取还是并行存取、CPU内部的数据通路的宽度是8位还是16位，这些都是透明的，而对计算机组成来说这些不是透明的。 * 举例2 指令执行采用串行、重叠还是流水控制方式，对系统结构来说是透明的，但对计算机组成来说不是透明的。 乘法指令采用专用乘法器实现。对系统结构来说是透明的，而对计算机组成来说不是透明的。